fricción estática y cinética

No
5
DEPARTAMENTO DE
FÍSICA Y GEOLOGÍA
LABORATORIO DE MECÁNICA
FRICCIÓN ESTÁTICA Y DINÁMICA
UNIVERSIDAD DE PAMPLONA
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS
Objetivos
OBJETIVOS
Objetivo general.
El propósito de esta actividad es estudiar los coeficientes de fricción de algunas superficies
deslizantes a lo largo de un plano inclinado.
Objetivos específicos:
 Encontrar el coeficiente de fricción estático y el coeficiente de fricción
experimentalmente para tres superficies diferentes.
dinámico
 Comparar los resultados obtenidos mediante el método experimental y el método teórico para el
coeficiente de fricción dinámico para tres superficies diferentes.
Esquema del laboratorio y materiales
Equipo Requerido
Cant
Equipo Requerido
Cant
Plataforma de 2 m (ME-9435A)
1
Balanza
1
Súper polea.
1
Masas y portapesas (ME-8967)
1
1
Cuerda (SE-8050)
1
1
Carros con base de diferentes superficies
3
Smart timer
Soporte Pasco
Marco teórico y Cuestionario
Sobre la Figura1(a) se observan las fuerzas que actúan sobre un carro considerado como una partícula y
que es colocado sobre la superficie de una plataforma horizontal que se inclina suave y lentamente. El
carro está inicialmente en reposo, de modo que la segunda ley de Newton da ∑F =0 . Resolviendo las
fuerzas en sus componentes X e Y (a lo largo del plano y normal al plano, respectivamente), obtenemos
que:
Componente X:
(1)
Componente Y:
(2)
Dividiendo la ecuación (1) entre la (2). Se obtiene:
(3)
De tal manera que:
(4)
(5)
Laboratorio de Mecánica - Universidad de Pamplona
Adaptados Por: Claudia Patricia Parra Medina y Lina Mireya Castro C.
Tomado de Laboratorios Pasco.
Por lo general, el coeficiente de fricción dinámico para el bloque depende solo del tipo de materiales que
están en contacto.
En éste laboratorio se hará la práctica con un carro que sube por una plataforma inclinada
grados. De
tal forma que con ayuda del diagrama de cuerpo libre para cada una de las masas de la Figura 1 (b), se
encuentre el coeficiente de fricción
mediante la ecuación:
(6)
Fig. 1. a.) Diagrama de la partícula colocada sobre una plataforma horizontal, que está siendo
inclinada. b.) Diagrama de una partícula subiendo sobre la plataforma inclinada un ángulo
θ por acción de una masa colgante m2.
Procedimiento
I Parte: Determinación del coeficiente de fricción estático
y felpa)
para tres superficies (teflón, corcho
1. Realice el montaje de la Figura 1(a). Mida la masa del carro y regístrela en la Tabla 1 como M1.
2. disponga el carro con teflón sobre la superficie de la plataforma inicialmente horizontal y comience a
levantar lenta y firmemente la plataforma de un extremo, hasta que el carro empiece a deslizar.
3. Mida y registre el ángulo en la tabla 1. Repita este procedimiento tres veces. Realice el promedio de
los tres ángulos medidos (
. La tangente de este ángulo
.)y regístrelo en la tabla 1 como
es igual al coeficiente de fricción estático según la ecuación (4).
4. Repita el paso 1, 2 y 3 aumentando la masa del carro (Colocando dentro de él una barra). Mida la
masa del carro y la barra y regístrela en la Tabla 1 como M2.
5. Repita el paso 1, 2 y 3 aumentando la masa del carro (Colocando dentro de él dos barras). Mida la
masa del carro y las barras y regístrela en la Tabla 1 como M3.
6. Repita los pasos 1, 2, 3 y 4 usando los carros con superficie de corcho y con superficie de felpa.
7. Encuentre el valor promedio del coeficiente de fricción estático y regístrelo en la tabla de datos 1.
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Adaptados Por: Claudia Patricia Parra Medina y Lina Mireya Castro C.
Tomado de Laboratorios Pasco.
II Parte: Determinación del coeficiente de fricción dinámico
y felpa).
para tres superficies (teflón, corcho
8. Realizar el mismo procedimiento anterior pero cada vez que se levante la plataforma se le debe dar
un pequeño empujón al carro, esta labor se debe realizar hasta encontrar el ángulo que permita que el
carro deslice con velocidad constante. Mida la masa del carro y regístrela en la Tabla 2 como M1.
9. Mida y registre el ángulo en la tabla 2. Repita este procedimiento tres veces. Realice el promedio de
los tres ángulos medidos (
. La tangente de este ángulo
.)y regístrelo en la tabla 2 como
es igual al coeficiente de fricción dinámico según la ecuación (5).
10. Repita el paso 6, 7 y 8 aumentando la masa del carro (Colocando dentro de él una barra). Mida la
masa del carro y la barra y regístrela en la Tabla 2 como M2.
11. Repita el paso 6, 7 y 8 aumentando la masa del carro (Colocando dentro de él dos barras). Mida la
masa del carro y las barras y regístrela en la Tabla 2 como M3.
12. Repita los pasos 6, 7,8 y 9 usando los carros con superficie de corcho y superficie de felpa.
13. Encuentre el valor promedio del coeficiente de fricción dinámico y regístrelo en la tabla de datos 2.
III Parte: Determinación del coeficiente de fricción dinámico
para tres superficies (teflón,
corcho y felpa) que suben por un plano inclinado a causa de una masa colgante m.
14. Realice el montaje de la Figura 1(b).
15. Elija un ángulo adecuado θ de inclinación de la plataforma, y regístrelo en la tabla de datos 3.
16. Disponga el carro de teflón sobre la superficie de la plataforma inclinada sujeto a una cuerda que
pasa sobre una polea y está conectada a un porta pesas al cual se le colocan masas m colgantes con
el objeto de que el carro suba por la plataforma inclinada.
17. Mida y registre las masas del carro M y la masa colgante m.
18. Disponga el carro en el extremo contrario al de la polea. Mantenga siempre la misma posición inicial
del carro.
19. Libere el carro. Mida y registre en la tabla de datos la aceleración del carro tres veces haciendo uso
de la súper polea. Para ello conecte el cable en la súper polea y coloque el smart timer en la opción
aceleración linear pulley.
20. Calcule el coeficiente de fricción cinético
para cada superficie haciendo uso de la ecuación (6).
Regístrelo en la tabla de datos 3.
21. Calcule la aceleración promedio y regístrela en la tabla de datos 3.
22. Calcule el error relativo entre el coeficiente de fricción cinético obtenido a partir del montaje II (valor
experimental Vexp) y el obtenido en el montaje III (valor teórico Vteo). Regístrelo en la tabla de datos 3.
(10)
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Análisis de datos
Tabla 1. Datos Montaje I.
Datos Montaje I
Carros con
Superficies
Teflon
Corcho
Felpa
Masas
M
(Kg)
M1=
M2=
M3=
M1=
M2=
M3=
M1=
M2=
M3=
Tabla 2. Datos Montaje II.
Datos Montaje II
Carros con
Superficies
Teflon
Corcho
Felpa
Masas
M
(Kg)
M1=
M2=
M3=
M1=
M2=
M3=
M1=
M2=
M3=
Tabla 3. Datos del montaje III.
Carro con
Superficie
de:
Masa
del
Carro
M (Kg)
2
Masa
Colgante
m (Kg)
Aceleración a (m/s )
(m/s2)
Teflon
Corcho
Felpa
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Adaptados Por: Claudia Patricia Parra Medina y Lina Mireya Castro C.
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Preguntas de control
1. En relación con la dirección del movimiento, en qué dirección actúa la fuerza de fricción cinética?
2. Cuales podrían ser las posibles fuentes de error?
3. Cómo varía el coeficiente de fricción con respecto a la masa del carro?
4. Cómo varía el coeficiente de fricción con respecto al tipo de material del carro y de la superficie de la
plataforma?
5. Porque la sumatoria de fuerzas en la primera figura es cero?
Conclusiones
En este espacio el estudiante debe anotar las conclusiones de lo observado en la práctica, de
manera sencilla y coherente.
BIBLIOGRAFÍA
Serway R (1997). Física, Vol. I Cuarta Edición. Editorial McGraw Hill Interamericana: México
Tipler, P (1985). Física, Vol. I. segunda edición. Editorial Reverte: España.
Sears, Z. Young y Feedman (1996) Física Universitaria, Vol. I Novena Edición. Editorial Adison
Wesley Longman: México.
Resnick, R. Halliday, D y Krane K. (2000). Física Vol. I, Cuarta Edición. Compañía Editorial
continental. S.A: México.
Física con ordenador http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/default.htm
Física Recreativa. http:/www.fisicarecreativa.com
Laboratorio de Mecánica - Universidad de Pamplona
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